[发明专利]一种用于大规模培养微藻的拱形封闭式光生物反应器

说明书

技术领域

本发明属于微藻生物工程领域，是用于微藻工厂化生产的培养装置，其模块式设计可以单独用于微藻培养中间试验和藻生物量的批量养殖，也可集成用于微藻在户外的规模化生产。

背景技术

微藻，在人类保健品、饵料、饲料、环境保护及生物燃料等众多领域的研究与应用不断取得进展。如何大规模高效培养藻生物量来满足各个应用领域的需要，是应用微藻领域的关键问题。微藻生长过程中，光合作用效率是决定藻生物质产率的关键参数。光照强度的变化将影响微藻的光利用率及其生物质产率。在微藻规模化生产中，光生物反应器的日光利用效率会对光合作用、对微藻的生物量形成产生直接的影响。封闭式光生物反应器因其可以更好的控制培养条件、受污染程度低、光能及二氧化碳利用效率高和可操作性强等优点已被引起广泛重视。但是，目前封闭式光生物反应器的光反应单元大多是平铺于地面（如意大利Torillo等制作的管式反应器）或直立于地面（如专利CN101654653、CN101760418）；前者占地面积较多，后者在高纬度地区为避免各排架间的阳光遮挡，要保持同高度尺寸的排间距离，占地面积也较多，而且直立的排架过高还要从支架结构上考虑防风问题而增加造价.多层重叠平铺在支架上的管道会造成自身遮挡阳光，也影响光照度。因此，封闭式光生物反应器的光反应单元的采光设计是光生物反应器设计建造中应首先解决的问题。如何确定反应器采光面的合理形状，确定支架的高度，即支架的合理曲度和结构关乎到反应器的生产效率。

另外，实际生产中，管道（光反应单元）光程太小会限制微藻培养液体积，进而影响藻生物质的总产量；而光程太大，由于光在藻液中被吸收及发生散射，光强随光程增加而变弱，所以管道中的部分藻液处于黑暗之中而无法进行光合作用。因此，如能增加管道背光面的照光，就可以解决培养液体积与光程之间的矛盾，从而使微藻的光能利用率和生物质产率明显提高。

发明内容

沿着这一思路，本发明提供一种用于大规模培养微藻的拱形封闭式光生物反应器，包括支架、光反应单元、补光装置、培养液循环系统、气体交换管、补碳系统，其中，所述光反应单元放置或铺设在所述支架上。

本封闭式光生物反应器主体，是一个封闭的培养液循环系统，以光反应单元（管道）为受光体，实现主体量的培养液在光反应单元接受日光光照，以利于培养液中的微藻进行光合作用。反应器是一个串联闭环回路，回路中包括光反应单元、培养液循环系统、气体交换管;补碳系统插入在这个回路中，为微藻提供CO?，循环系统提供动力使培养液沿着回路循环，检测系统提供运行中参数检测和调控。

本发明具体的技术方案是：

该生物反应器支架依据日光角度，将采光面设计成拱形。拱形的高跨比是指拱形最高点到地面的高度（a）与拱形支架水平跨度（长度b）的比值，是决定拱形支架采光角度的重要参数，合理的采光角可使反应器获得最大太阳光照.本发明的拱形支架的高跨比（a/b）优选在0.45-2之间。根据直角三角形的斜边一定大于两直角边和任何两点间的连线长度中，线段最短，弧长长于弦的定理,计算最佳弧度，形成拱形。拱形结构在单位面积上可以更多的放置管道，将光反应单元（管道）放置在拱形支架上，最大利用了占地面积。拱形结构使得支架在竖向荷载作用下产生水平反力，且受力均匀，抗风能力强，所以节约材料，自重轻，跨度较大。另外，光反应单元不限于管道，还可设计成弧形的中空板、水筏或者水袋等，且放置在拱形支架上的光生物反应单元可以是管道、中空板、水筏、水袋等形式中的一种，至少放置一个单元或者多个单元组合连接成组；管道、中空板由透明塑料、玻璃中的一种材料制成，水筏、水袋由透明塑料制成；拱形支架采用塑料、塑钢或不锈钢等金属材质制成。

另外，目前的光反应单元（管道）反应区内小球藻流体所接受的平均光照强度，在3cm以下约衰减70%。管道背光部难以接受太阳直射光，接受总光照度最低，内部存在有大面积的光暗区域，这会影响培养的生产率。本光生物反应器（模块）设计了补光装置。该补光装置是贴有聚脂镀铝膜的弧面反光板，位于管道的背面且正对阳光，且呈相似于支架弧面的并行铺设，其通过直接反射太阳光提高管道背阴面的光照强度,增大管道光亮区域的表面积，降低管道内光暗区域的百分比，从而提高了管道反应器的光通量，改善微藻光合效率，达到为培养液补光，增加提高产量的目的。反光板的增光效果与受光距离影响很大。这里要求其反光弧面距离光反应单元底部距离为5-15cm，反光板由塑料或金属制成，且在板的反光面上贴有聚脂镀铝膜。

另外，单个模块（光生物反应器）可容纳的培养液为2-10吨。